關節結構

骨與骨之間的連線稱為關節，關節一般由相鄰的兩骨相對而形成。關節的基本結構有關節面、關節囊和關節腔。

關節面：也叫關節軟骨。關節兩骨的相對面稱為關節面,其表面有一層關節軟骨覆蓋。

關節囊：是關節周圍由緻密結締組織形成的包囊，其兩端附於關節面周圍的骨面，並與骨膜融合，外層為纖維層、內層為滑膜層。

關節腔：由關節囊的滑膜層和關節軟骨共同圍成的腔隙，腔內含有滑液。

除了這些基本結構，部分關節還有一些輔助結構，比如韌帶呀、關節盤呀、半月板呀等等，他們各司其職又具有協同作用，共同維護關節的牢固、穩定和靈活。

今天重點介紹一下關節結構中的“關節軟骨”。

關節軟骨

關節軟骨特性

關節軟骨是透明軟骨，透過軟骨下骨與骨頭相連線。軟骨表面光滑，可減少運動時發生的摩擦。軟骨是由軟骨細胞、蛋白多糖、膠原纖維、水等主要成分形成的海綿狀立體結構，富有彈性和抗力，具有承受負荷和吸收震盪等作用，可減輕運動時的震動和衝擊。關節軟骨的生理特點如下。

關節軟骨的營養及新陳代謝：關節軟骨內缺乏血管、神經和淋巴系統，其營養依賴於滑液擴散。關節運動時產生的壓力，有利於營養物質在滑膜和軟骨基質內的擴散。關節運動還可以刺激軟骨細胞新陳代謝，增加蛋白多糖的合成。但是，關節制動或得不到運動的話，會降低軟骨細胞的新陳代謝率，導致蛋白多糖的合成減少和軟骨量的下降。

關節軟骨的機械特性，關節軟骨具有彈性，對運動時的震動和衝擊起到緩衝作用。關節軟骨表面非常光滑，在關節滑液的作用下，關節軟骨間摩擦係數小於冰與冰之間的滑動摩擦係數，明顯低於人工關節。說出來你可能不信，關節運動靈活性程度，甚至比鋼軸承的活動容易100 倍。

關節軟骨的老化：軟骨細胞的數量在20~30 隨時達到穩定，之後其總體密度維持在一個穩定狀態。隨著年齡的增長，軟骨細胞數量逐漸減少。隨著軟骨的老化，膠原蛋白減少，蛋白多糖數量及構成也產生變化，使得軟骨的彈性下降，致使關節軟骨變得更加脆弱易碎。

因此，保持關節軟骨完整性、光滑度及潤滑性，是維持關節健康的重要因素；阻止或緩解軟骨細胞、膠原蛋白及蛋白多糖的減少或變化，是維持關節年輕的重要因素。關節軟骨一旦損傷就不易修復，並且損傷後會導致關節面不光滑，由此進一步加快關節退變，出現骨關節炎等疾病。

關節軟骨的組成

關節軟骨在關節運動中，起到承載負重、減少摩擦、抗磨損的作用，主要是由其組成和結構所賦予的。關節軟骨，可以被視為浸泡在有組織液中的，一種纖維強化的多孔高滲透性負荷材料，具有黏彈性、方向依賴性和非線性的力學特徵。關節軟骨基本組成成分是軟骨基質（細胞外基質）和軟骨細胞。其中軟骨細胞約佔關節軟骨總容量的1%。

關節軟骨基質

主要由水、膠原蛋白、蛋白多糖和透明質酸組成。其中，水佔80%；膠原蛋白溼重佔10%~30%，乾重則佔約75%；膠原蛋白溼重佔5%~10%，乾重佔比也有20%~30%。並且，膠原蛋白含量中，90% 為Ⅱ型膠原蛋白，蛋白多糖可與透明質酸形成聚合物。

關節軟骨中的水，除了給予軟骨細胞正常的代謝環境以外，還可反應性地將承受的負荷透過液壓和液體流動的能量予以分散。軟骨內約1/3 的水分存在於細胞內，其餘的與胞外基質蛋白質相結合，主要與蛋白多糖及透明質酸相結合，保持如此高的含水量和持水性有助於軟骨得到充分潤滑。

假想軟骨是由無數“繩索”上下左右縱橫交織在一起而組成的。它的“繩索”就是堅韌、索狀的膠原蛋白，以合適的角度互相交叉重疊。蛋白多糖和透明質酸纏繞在膠原“繩索”上下週圍，將自身固定於膠原“網”內。蛋白多糖攜帶大量的負電荷，具有很強的親水性，能夠吸收和維持多達自身很多倍的水分，潤滑營養軟骨，並可透過負電荷間的排斥力增加關節軟骨的彈性。因此，保持膠原蛋白、蛋白多糖和透明質酸的含量及結構穩定是維持關節健康的重要因素。

軟骨中的水分是幫助減震的物質，就像水床裡的水一樣。如果軟骨受損，或破壞軟骨的酶分泌過多，“網”就會被削弱和磨損，蛋白多糖失去控制而四散或被消化。沒有這個“網”結構，沒有吸水的成分，軟骨就會喪失減震功能，更容易出現裂縫，甚至完全磨損。

膠原蛋白

軟骨組織中的膠原蛋白主要為Ⅱ型膠原蛋白，在關節軟骨表層內含量最高，其分佈由軟骨淺層至深層，逐漸減少。膠原纖維在表層內走向與軟骨平行，相互交叉形成纖維網狀結構，有較強的耐磨能力，維持軟骨表面光滑度及完整性；由深層到淺層中是斜向排布，從而交織成無數“拱形結構”，具有抵抗壓力負荷的作用。

膠原纖維最初是在細胞內合成，組裝是在細胞外基質中完成的。當骨骼生長停止後，膠原蛋白的合成速率變得極低，關節受損時膠原蛋白降解較快。

軟骨表層膠原纖維使軟骨表層有微孔。在關節軟骨吸收滑液中水分和小分子溶質時，微孔阻止了滑液內透明質酸分子進入關節軟骨內，導致這些物質在關節軟骨表面的聚積，在兩軟骨面間形成了介面潤滑作用。

蛋白多糖

蛋白多糖是核心蛋白和多糖透過共價連線在一起的複合物，多糖部分是糖胺聚糖，而糖胺聚糖大多是硫痠軟骨素。

可聚蛋白多糖是關節軟骨內蛋白多糖的主要形式，它與透明質酸形成聚合物存在於軟骨內。由於其結構上羧基或硫酸根均帶有負電荷，彼此相斥，在溶液內蛋白聚糖呈瓶刷狀。

基於其結構及組成，蛋白多糖帶大量的負電荷，具有很強的親水性，可以吸收大量水分，給軟骨充分的潤滑及營養，並可透過負電荷間的排斥力增加關節軟骨的彈性。因此，保持蛋白多糖的含量及結構穩定是維持關節健康的重要因素。

軟骨中膠原蛋白和蛋白多糖的結構及特性，使軟骨成多孔的結構，表現出海綿樣行為。在壓力下，軟骨內液體從軟骨內壓到關節面上，在關節軟骨表面形成液膜，產生潤滑作用。

透明質酸

透明質酸是最簡單的糖胺聚糖，在關節軟骨中，與蛋白多糖形成聚合體，具有很強的保水能力。

透明質酸可與蛋白多糖結合，與蛋白多糖、膠原纖維形成完整結構，使軟骨具有彈性及潤滑性。透明質酸還能作為屏障，限制炎症介質的釋放及擴散。在滑液中，透明質酸可使滑液具有黏彈性，使其具有減重和潤滑的作用。

軟骨細胞

軟骨細胞位於軟骨陷窩內，具有產生和維持細胞外軟骨基質的作用。軟骨細胞在細胞因子和生長因子調節下，可以精確調節蛋白酶及其抑制因子的含量，誘導基質成分的正常轉化。化學訊號和機械壓力都能促進軟骨細胞產生更多的細胞外基質。每個軟骨細胞都能合成不同數量和種類的基質成分，同時也能以不同的速率降解基質成分，並對細胞外訊號做出不同的反應。基質合成和降解在蛋白酶、細胞因子和生長因子的調節下處於平衡狀態。但是，在關節損傷時，基質合成和降解平衡會失調。